項目任務七激光切割加工

1、項目任務七激光切割加工項目任 務七、激光切割加工授課安排授課 時數8教具需要大功率激光切割機、電 腦、加工材料、設備使用說明 書電子版和紙介質版、多媒體 設備課前 準備大功率激光 切割機生產 廠家現場教 學聯系、電子資料的收集教學 目標知識目標知識上掌握切割設備的結構和切割工藝參數對激光切 割的影響。能力目標技能上要求利用激光切割機進行編程切割加工。情感目標通過激光切割增加學生學習課程的興趣、自信心和成就 感，提高學生的分析處理問題的能力，培養(yǎng)學生的團隊 精神。教學 方法教法項目教學法。先用4學時介紹大功率激光切割設備和切 割工藝，再用4學時組織學時現場參觀教學。學法直觀分析法，模擬訓練法，現

2、場參觀法、學練結合法， 討論歸納法。教學 重點1大功率激光切割設備。2激光切割編程加工。教學 難點大功率激光編程切割加工。教學過程一、項目提出圖8-1各種激光切割鈑金材料圖大功率激光切割在鈑金加工行業(yè)應用廣泛， 發(fā)展前景好，操作大型數控激光切割機進行鈑金 加工是一項技術含量較高的工作，做到熟練掌握 其加工技術，需要熟練掌握有關設備知識和加工 工藝方法，學會進行工藝流程整體設計。二、項目分析要熟練進行大功率激光切割，必須具備相關 知識技能如下：1. 了解大功率激光切割機種類、結構和操作 方法；2. 掌握影響激光切割效果的因素；3. 學會調整激光切割工藝參數進行激光切 割加工；4. 學會整體設計規(guī)

3、劃激光切割工藝試驗。三、項目計劃決策1. 利用有關圖片和現場教學了解大功率激光切割機的種類、結構及操作方法；2. 利用多媒體設備介紹影響激光切割效果 的因素；3. 現場教學，調整激光切割工藝參數進行激 光切割加工。四、項目實施準備各種多媒體課件制作，相關網站資料收集， 生產性實訓基地影響。五、項目實施及檢查1. 大功率激光切割機種類及結構大功率激光 切割機定光路型混合光路型飛行光路型圖8-2按數控系統區(qū)別分類圖圖&3大型激光切割機實物圖圖8-4大型激光切割機模型圖主電趣|一漁卻水裝丟吉一激光m離a-空吧于規(guī)鶴5-HfiMi農一損祚直7-fflW電功啊8-y）S0工作苦9制便10畀焦迓按II-世

4、肝1L反射直213as托克辰曲踐巧一能左謚鬲蓿比一滋電源17閆眼電呦切和割距晅動蛙圖8-5大型激光切割機結構圖激光切割設備各結構的作用如下。（1）激光電源：供給激光振蕩用的高壓電 源。（2）激光振蕩器：產生激光的主要設備。（3）折射反射鏡：用于將激光導向所需要 的方向。為使光束通路不發(fā)生故障，所有反射鏡 都要用保護罩加以保護。（4）割炬：主要包括槍體、聚焦透鏡和輔 助氣體噴嘴等零件。（5）切割工作平臺：用于安放被切割工件， 并能按控制程序正確而精確地進行移動， 通常由 伺機電機驅動。（6）割炬驅動裝置：用于按照程序驅動割 炬沿X軸和Z軸方向運動，由伺服電動機和絲 桿等傳動件組成。（7）數控裝置

5、：對切割平臺和割炬的運動 進行控制，同時也控制激光器的輸出功率。（8）操作盤：用于控制整個切割裝置的工 作過程。（9）氣瓶：包括激光工作介質氣瓶和輔助 氣瓶，用于補充激光振蕩器的工作氣體和供給切 割用輔助氣體。（10）冷卻水循環(huán)裝置：用于冷卻激光振蕩 器。激光器是利用電能轉換成光能的裝置，女口 CO2氣體激光器的轉換效率一般為 20%，剩余 的80%能量就變換為熱量。冷卻水把多余的熱 量帶走以保持振蕩器的正常工作。（11）空氣干燥器：用于向激光振蕩器和光 束通路供給潔凈的干燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作類型構成簡圖實用輸岀功率/W優(yōu)點缺點氣體封閉式100結構簡單功率小， 實用性差低速軸流

6、式高速軸流式10003000橫流式高壓電源-=3牛氣體15000可獲得穩(wěn)定 的基模激光外形尺寸較大，維護保養(yǎng)較難可在體積不大的情況下獲得較大的輸岀功率，維護保養(yǎng)方便輸岀功率的穩(wěn)定性取決于風機的可靠性可獲得很高 的輸岀功率光束能量分布為復式，效率較低1工件 15割噴嘴3氤氣進吒管4氧氣|壓力表勺一透鶴冷卻水基46聚焦透鏡7樹光東&一反對鏡冷卻水査9一反射饒如一同服電動柳411 一滾體緩桿舊一放大控制反駁動電器MT亞看伐駭需p圖8-6大型激光切割機割矩結構圖 表&1幾種CO激光器的主要特性風機熱交換2.影響激光切割效果的因素（1）激光切割質量評價體系圖8-7大型激光切割機切割質量評價體系圖（2）切

7、割效果影響因素透鏡憩距 透鏡材料漑光種類 漑光複式 漑光功率光斑半徑 光東偏拆性 I模式稍定性工作臺孫堿度圭虔調節(jié)腿倒聚焦透瞬加工系圻性就和激光束品質的m工材料因素和工蕪參數的影響切割速度I輸出功率* 焦點位置*脈沖頻率和占空比 離鶯量 輔助氣體噴嘴苴徑噴墻與工伴距離 外光站圖8-8大型激光切割機切割影響因素圖3.到企業(yè)進行現場教學。六、項目評價及討論課堂請同學歸納總結并布置課下作業(yè)如下: 1簡述影響激光切割效果的工藝參數。2. 簡述激光切割設備基本構造。3激光切割工藝實驗報告。七、項目必備理論知識或其它參考資料（一）工藝參數對切割質量的影響1. 激光輸出功率激光輸出功率是與熔融被加工材料能力

8、有 直接關系的參數，而影響的程度則依被加工材料 對激光的反射率、熔點、耐氧化性的不同而有所 不同。對特定材料，激光輸出功率越大，所能切 割的材料厚度也越厚。激光功率增加，切割速度變大時切割質量仍 然很好，切割速度的變化范圍也隨之擴大， 這樣 也就提高了切割的質量穩(wěn)定性和效率。激光輸出功率變化，在其他條件不變時，激 光功率密度變化。激光功率密度 Po與切割面粗 糙度Rz的關系如圖8-9所示，隨著激光功率密 度的提高，粗糙度降低。當功率密度 Po達到某 一值后，粗糙度Rz值不再減小。m後度糙粗圖8-9激光功率密度與切割面粗糙度的關系上邊緣切割面粗糙度測定區(qū)我們可以根據加工過程中火花和加工后的 切割

9、面的情況，來判斷使用的激光功率是否合 適。如圖& 10所示，激光輸出功率遠大于標準 值時，切縫周圍的熱影響區(qū)（燒痕）增大，轉角 部位出現熔損，切割面條痕變粗，且從上部垂直 延伸至下部。(a損光束行進方向圖8-10輸出功率對加工的影響（a）輸出功率過大的情況（b）輸出功率不適當的情況（條痕粗糙并且垂直）如果激光輸出功率遠小于標準值時，切縫下 部就顯著變粗，成為凹進去的狀態(tài)。而且，沾渣 的附著量增多并很難去除。切割過程中的火星明 顯滯后于切口前端。合適的加工激光功率存在于一定的范圍內， 被加工板材越薄，功率調節(jié)范圍就越寬。在適當 的激光功率條件下的加工，切割面的條痕細，下 部相對于光束部位稍有滯后

10、。2. 切割速度激光輸出功率和切割速度一起決定被加工 件的熱輸入量，激光切割速度直接與有效功率密 度成正比。而激光功率密度與又激光輸出功率、 光束模式和光斑尺寸有關。除此之外，切割速度 還與材料密度、材料起始蒸發(fā)能和材料厚度有 關。對金屬材料，在特定工藝條件下，切割速度 存在一個合理的調節(jié)范圍，如圖 8-11所示。曲 線上限表示允許的最高切割速度，下限表示防止 材料切割時發(fā)生過燒的最低切割速度。如圖&12所示為鋼在某一功率條件下，材料厚度和切割速度的關系曲線材料厚度/mm圖8-11切割速度與材料厚度關系度速割切圖8-12鋼板切割速度與材料厚度關系0 I357板厚t/mmnlm .m/v切割速度

11、對切逢寬度、熱影響區(qū)大小和切口 粗糙度有較大影響。如圖 &13所示，隨著切割 速度增加，切縫頂部寬度和熱影響區(qū)大小都單一 減小，而切縫底部則都存在最小值。切割速度與 切口粗糙度關系如圖8-14所示，速度過低時， 切口寬度增大，切口波浪形比較嚴重，切割面變 得粗糙。隨著切割速度的加快，切口逐漸變窄， 直至上部的切口寬度相當于光斑直徑。 此時切口呈上寬下窄的V形。繼續(xù)增加切割速度，上部 切口寬度仍然減小，但下部相對變寬而形成倒 V 形。度 寬 縫 切12Qo（a）切割速度對切縫寬度的影響（b）切割速度對熱影響大小的影響SPIC.、功率 400W(TEMo)焦點距離63.5mmAB切割速度/m. m

12、in圖8-14切割速圖8-13切割速度對切縫寬度和熱影響區(qū)的大小的影 響總之，切割速度取決于激光的功率密度及被 切割材料的性質和厚度等。在一定的切割條件 下，存在最佳的切割速度范圍。切割速度過高， 切口清渣不凈；切割速度過低，則材料過燒，切 口寬度和熱影響區(qū)過大。要獲得最佳切割效果， 就要保持恒定的最佳切割速度。 實際切割中，激 光切割頭有一定的慣量，在啟動、停止，或加工 到軌跡圖形的拐角處時存在一個加速和減速的 過程。對于質量要求較高的切割，必須調整其他 參數（如減小激光功率或轉換成脈沖輸出），或 者在程序設計時設置輔助切割路徑，把加速或減 速段放到工件以外（如圖8-15所示），避免被加 工

13、件尖角部位因熱集中而燒蝕，從而保證加工的 質量。3. 焦點位置在透鏡的焦長確定后，焦點與工件表面的相 對位置對激光切割的質量產生很大影響。 對于金 屬薄板（板厚6mm以內）的切割，焦點在材料 表面上下一定范圍內都可獲得不沾渣的切割面。大多數情況下，焦點位置設置在工件表面， 或稍微在工件表面以下。對于不同的激光切割機 以及不同的切縫寬度和質量要求，具體的焦點位 置應由實驗確定。有時，在切割過程中透鏡因冷 卻不良而產生熱形變從而引起焦長的變化， 或切 割進行中的氣流密度梯度場造成的再聚焦作用， 都會導致焦點位置的變化，因而帶來切割質量的 變化，這就需要在及時調整焦點位置。4. 輔助氣體一般情況下，

14、激光切割都需要使用輔助氣 體。輔助氣體對激光切割質量的影響來自兩個方 面，一是輔助氣體的種類，一是輔助氣體的壓力。 在激光切割加工中，輔助氣體的主要作用是驅除 熔渣、保護透鏡不受污染、冷卻切縫鄰近區(qū)域以 減小熱影響區(qū)。如果是非活性氣體，還起到排開 空氣中氧氣以保護被切割材料不被氧化或過度 燃燒的作用；如果是活性氣體，還起到與金屬產 生放熱化學反應，增加切割能量的作用。一般來 說，輔助氣體與激光束同軸噴出。如何確定輔助氣體的種類，牽涉到有多少熱 量附加到切割區(qū)的問題。如分別使用氧和氬作為 輔助氣體切割金屬時，熱效果就會出現很大的不 同。對大多數金屬一般采用氧助熔化切割， 即使 用活性氣體（主要為氧氣）。據估計，氧助切割 鋼材時，來自激光的能量僅占切割總能量的 30%，而70%能量來自于鐵與氧氣產生的放熱 化學反應。附加能量能將激光切割速度提高 1/31/2。但對活潑金屬的氧助熔化切割，由于 化學反應太激烈，引起切割面粗糙，宜用低氧濃 度輔助氣體，或直接使用空氣。如果要獲得高的 切邊質量，如切割鈦，也可使用惰性氣體。非金屬激光切割對輔助氣體密度和化學活 性沒有金屬那樣敏感，一般使用壓縮空氣